Sensori smart – Panoramica sulle tecnologie più recenti

di Cliff Ortmeyer, Global Head of Technical Marketing, Farnell

 

Le applicazioni IoT per infrastrutture urbane, fabbriche o dispositivi indossabili, utilizzano una vasta gamma di sensori che raccolgono dati da trasmettere via Internet a una risorsa centrale in cloud. Il software di analitica che gira sui computer collegati in cloud riduce gli enormi volumi di dati generati in informazioni facilmente gestibili dagli utenti e invia i comandi agli attuatori sul campo.

I sensori sono un fattore chiave del successo dell’IoT – ma questi sensori non sono come quelli tradizionali, che convertono semplicemente variabili fisiche in segnali elettrici. Per svolgere ruoli tecnicamente ed economicamente vitali all’interno dell’ambiente IoT, questi sensori si sono evoluti in qualcosa di molto più sofisticato.

Questo articolo inizia con uno sguardo a ciò che l’IoT si aspetta dai sensori: cosa serve per ottenere i grandi array di sensori caratteristici dell’IoT. Analizziamo quindi le risposte dei produttori e i miglioramenti alla fabbricazione, la maggiore integrazione e l’intelligenza integrata che hanno introdotto, fino ad arrivare al concetto di sensori smart ora in ampio uso.

Nel corso dell’articolo diventerà evidente che l’intelligenza dei sensori, oltre a facilitare la connettività dell’IoT, crea ulteriori vantaggi legati alla manutenzione predittiva, a una produzione più flessibile e a una produttività ottimizzata.

 

Cosa si aspetta l’IoT dai suoi sensori?

Tradizionalmente i sensori sono sempre stati dispositivi semplici, che convertono variabili fisiche in segnali elettrici o cambiamenti in proprietà elettriche. Mentre questa funzionalità è un punto di partenza essenziale, per essere componenti dell’IoT i sensori devono avere anche le seguenti qualità :

  • Basso costo, per potere essere utilizzati in gran numero
  • Dimensioni fisiche ridotte, in modo da ‘scomparire’ discretamente in qualsiasi ambiente
  • Connettività senza fili, dal momento che una connessione via filo non è solitamente possibile
  • Capacità di auto-identificazione e auto-validazione
  • Bassa potenza, per poter durare anni senza cambiare la batteria o per funzionare tramite Energy Harvesting
  • Solidità, per minimizzare o eliminare le manutenzioni
  • Auto-diagnostica e auto-rigenerazione
  • Capacità di auto-calibrazione o di accettare i comandi di calibrazione attraverso connessioni wireless
  • Capacità di pre-elaborare dati per ridurre il carico su gateway, PLC e risorse su cloud

Ulteriori caratteristiche avanzate:

  • Le informazioni da più sensori possono essere combinate e correlate per dedurre conclusioni su problemi persistenti. Per esempio, i dati provenienti da sensori di temperatura e vibrazione si possono usare per rilevare l’eventuale presenza di guasti tecnici. In alcuni casi, le funzioni di due sensori sono disponibili su uno stesso dispositivo; in altri, le funzioni si combinano nel software per creare un sensore ‘soft’.

 

La risposta dei produttori – Soluzioni di sensori smart

In questa sezione esaminiamo i tipi di sensori smart sviluppati per applicazioni IoT, sia per quanto riguarda i componenti che la loro fabbricazione. Elencheremo quindi alcuni vantaggi che derivano dall’intelligenza integrata dei sensori, soprattutto le possibilità di auto-diagnostica e auto-riparazione.

 

Cosa contiene un sensore smart e di cosa è capace?

Abbiamo esaminato le aspettative dell’IoT per quello che riguarda un sensore smart, ma come ha risposto l’industria? Che cosa contiene un moderno sensore smart e di cosa è capace?

Figura 1: Componenti di un sensore smart 

I sensori smart sono costruiti come componenti IoT in grado di convertire una variabile rilevata dal mondo reale in un flusso di dati digitali da trasmettere a un gateway. La Fig. 1 mostra come avviene. Gli algoritmi di applicazione sono eseguiti da un’unità integrata con microprocessore (MPU) che può svolgere funzioni di filtraggio, compensazione e altri compiti di condizionamento del segnale specifici.

L’intelligenza dell’MPU può essere utilizzata comunque per molte altre funzioni, nell’ottica di ridurre il carico sulle risorse più centrali dell’IoT. Per esempio, i dati di calibrazione possono essere inviati all’MPU in modo che il sensore si imposti automaticamente per qualsiasi cambiamento di produzione. L’MPU può anche rilevare il superamento di qualsiasi parametro di produzione oltre le norme accettabili e generare di conseguenza degli allarmi; gli operatori possono così intraprendere azioni preventive prima che si verifichino guasti catastrofici.

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